（ 6 ） 60 حقائق أساسية حول كابلات الألياف الضوئية ، احفظها واحتفظ بها معك!

ONT-family: 'Microsoft YaHei UI';letter-spacing: 1px;font-size: 15px">3. امتصاص فقدان المواد

يمكن للمادة المستخدمة في صنع الألياف الضوئية أن تمتص الطاقة الضوئية. بعد أن تمتص الجسيمات الموجودة في الألياف الضوئية الطاقة الضوئية ، فإنها تهتز وتولد الحرارة ، مما يؤدي إلى تبديد الطاقة ، وبالتالي توليد فقدان الامتصاص. نحن نعلم أن المادة تتكون من ذرات وجزيئات ، وتتكون الذرات من نوى ذرية وإلكترونات خارجية. تدور الإلكترونات حول النوى الذرية في مدارات معينة. هذا تمامًا مثل الأرض التي نعيش عليها والكواكب مثل الزهرة والمريخ تدور حول الشمس. كل إلكترون لديه قدر معين من الطاقة وهو في مدار معين ، أو بعبارة أخرى ، كل مدار له مستوى طاقة معين.

يكون مستوى الطاقة المدارية الأقرب إلى النواة أقل ، ويكون مستوى الطاقة المدارية الأبعد عن النواة أعلى ، ويسمى حجم فرق مستوى الطاقة بين المدارات فرق مستوى الطاقة ، فعندما يقفز الإلكترون من مستوى طاقة منخفض إلى مستوى طاقة مرتفع فإنه يمتص طاقة فرق مستوى الطاقة المقابل.

في الألياف الضوئية ، عندما يتم تشعيع إلكترون عند مستوى طاقة معين بضوء طول موجي يتوافق مع فرق مستوى الطاقة ، فإن الإلكترون في مدار الطاقة المنخفضة سوف يقفز إلى المدار بمستوى طاقة أعلى. يمتص هذا الإلكترون الطاقة الضوئية ، مما يؤدي إلى فقدان امتصاص الضوء.

يمتص ثاني أكسيد السيليكون (SiO2) ، المادة الأساسية لصنع الألياف الضوئية ، الضوء نفسه ، ويسمى أحدهما امتصاص الأشعة فوق البنفسجية والآخر يسمى امتصاص الأشعة تحت الحمراء. في الوقت الحالي ، تعمل اتصالات الألياف الضوئية بشكل عام فقط في نطاق الطول الموجي .6μm 0.8-1 ، لذلك نناقش فقط الخسارة في نطاق العمل هذا.

تبلغ ذروة الامتصاص الناتجة عن انتقال الإلكترون في زجاج الكوارتز حوالي 0.1-0 .2 ميكرومتر من الطول الموجي في المنطقة فوق البنفسجية. مع زيادة الطول الموجي ، ينخفض تأثير الامتصاص تدريجياً ، لكن المنطقة المصابة واسعة جدًا ، تصل إلى أطوال موجية أعلى من 1 ميكرومتر. ومع ذلك ، فإن امتصاص الأشعة فوق البنفسجية له تأثير ضئيل على الألياف الضوئية الكوارتز العاملة في منطقة الأشعة تحت الحمراء. على سبيل المثال ، في منطقة الضوء المرئي بطول موجة 0.6 ميكرومتر ، يمكن أن يصل امتصاص الأشعة فوق البنفسجية إلى 1 ديسيبل / كم ، وعند طول موجة 0.8 ميكرومتر ، ينخفض إلى 0.2-0 0.3 ديسيبل / كم ، وعند طول موجة 1.2 ميكرومتر ، يكون فقط حوالي 0.1 ديسيبل / كم.

يحدث فقدان امتصاص الأشعة تحت الحمراء للألياف الضوئية الكوارتز بسبب الاهتزاز الجزيئي للمادة في منطقة الأشعة تحت الحمراء. هناك عدة قمم امتصاص الاهتزاز في الفرقة فوق 2μm.

نظرًا لتأثير عناصر المنشطات المختلفة في الألياف الضوئية ، من المستحيل أن يكون للألياف الضوئية الكوارتز نافذة منخفضة الخسارة في النطاق فوق 2 ميكرومتر ، وفقدان الحد النظري عند الطول الموجي 1.85 ميكرومتر هو 1 ديسيبل / كم.

من خلال البحث ، وجد أيضًا أن هناك بعض "العناصر المدمرة" في زجاج الكوارتز ، وخاصة بعض الشوائب المعدنية الانتقالية الضارة ، مثل النحاس والحديد والكروم والمنغنيز ، إلخ. هؤلاء "الأشرار" يمتصون الطاقة الضوئية بجشع تحت إشعاع الضوء ، والقفز حولها ، وتسبب فقدان الطاقة الضوئية. يمكن أن تؤدي إزالة "مثيري الشغب" وتنقية المواد المستخدمة في صناعة الألياف الضوئية كيميائيًا إلى تقليل الخسارة بشكل كبير.

مصدر امتصاص آخر في الألياف البصرية الكوارتز هو الهيدروكسيل (OHÛ). وفقا للبحث ، وجد الناس أن الهيدروكسيل لديه ثلاث قمم امتصاص في الفرقة العاملة الألياف البصرية ، والتي هي 0.95μm ، 1.24μm و 1.38μm. فقدان الامتصاص عند 1.38μm هو الأكثر خطورة وله أكبر تأثير على الألياف البصرية. عند 1.38μm ، فإن خسارة ذروة الامتصاص الناتجة عن الهيدروكسيل بمحتوى 0.0001 فقط تصل إلى 33dB / km.

من أين تأتي هذه الهيدروكسيل ؟ هناك العديد من مصادر الهيدروكسيل. أولاً ، يوجد ماء وهيدروكسيل في المواد المستخدمة في صناعة الألياف الضوئية. ليس من السهل إزالة هذه الهيدروكسيل أثناء تنقية المواد الخام ، وتبقى أخيرًا في الألياف الضوئية على شكل هيدروكسيل. ثانيًا ، هناك كمية صغيرة من الماء في الهيدروكسيل المستخدم في صناعة الألياف الضوئية. ثالثًا ، يتم توليد الماء من التفاعلات الكيميائية أثناء عملية تصنيع الألياف الضوئية. رابعًا ، يتم جلب بخار الماء عن طريق دخول الهواء الخارجي. ومع ذلك ، فقد تطورت عملية التصنيع الحالية إلى مستوى عالٍ إلى حد ما ، وانخفض محتوى الهيدروكسيل إلى مستوى منخفض بما فيه الكفاية ، ويمكن تجاهل تأثيره على الألياف الضوئية.

4. نثر الخسارة

في الليل المظلم ، إذا قمت بتسليط مصباح يدوي في السماء ، يمكنك رؤية شعاع من الضوء. كما رأى الناس أشعة كثيفة من الضوء من الكشافات في سماء الليل.

فلماذا نرى أشعة الضوء هذه ؟ هذا بسبب وجود العديد من الجسيمات الدقيقة مثل الدخان والغبار تطفو في الغلاف الجوي. عندما يضيء الضوء على هذه الجسيمات ، فإنه يتشتت وينبعث في جميع الاتجاهات. تم اكتشاف هذه الظاهرة لأول مرة بواسطة Rayleigh ، لذلك أطلق الناس على هذا التشتت اسم "Rayleigh scattering".

كيف يحدث التشتت ؟ اتضح أن الجسيمات الصغيرة مثل الجزيئات والذرات والإلكترونات التي تشكل المادة تهتز عند ترددات متأصلة معينة ويمكن أن تطلق الضوء بطول موجي يتوافق مع تردد الاهتزاز. يتم تحديد تردد الاهتزاز للجسيم بحجم الجسيم. كلما زاد حجم الجسيم ، انخفض تردد الاهتزاز وزاد طول موجة الضوء المنطلق ؛ كلما كان الجسيم أصغر ، زاد تردد الاهتزاز وأقصر طول موجة الضوء المنطلق. يسمى تردد الاهتزاز هذا بتردد الاهتزاز المتأصل للجسيم. ومع ذلك ، لا يحدث هذا الاهتزاز من تلقاء نفسه ، فهو يتطلب قدرًا معينًا من الطاقة. بمجرد أن يتم تشعيع الجسيم بضوء ذي طول موجي معين ، ويكون تردد الضوء المشع هو نفسه تردد الاهتزاز المتأصل للجسيم ، فإنه يسبب الرنين. ستبدأ الإلكترونات في الجسيم بالاهتزاز عند تردد الاهتزاز هذا ، مما يؤدي إلى تشتت الجسيم للضوء في جميع الاتجاهات ، ويتم امتصاص طاقة الضوء الساقط وتحويلها إلى طاقة الجسيم ، ويعيد الجسيم إصدار الطاقة في شكل طاقة ضوئية. لذلك ، بالنسبة للمراقب الخارجي ، يبدو أن الضوء يضرب الجسيم ثم يتشتت في جميع الاتجاهات.

هناك أيضًا تشتت رايلي في الألياف الضوئية ، ويسمى فقدان الضوء الناجم عن ذلك بخسارة تشتت رايلي. في ضوء المستوى الحالي لتكنولوجيا تصنيع الألياف الضوئية ، يمكن القول أن خسارة تشتت رايلي أمر لا مفر منه. ومع ذلك ، نظرًا لأن حجم خسارة تشتت رايلي يتناسب عكسياً مع القوة الرابعة للطول الموجي للضوء ، يمكن تقليل تأثير فقدان تشتت رايلي بشكل كبير عندما تعمل الألياف الضوئية في منطقة الطول الموجي الطويل.

5. نقص خلقي ، لا أحد يستطيع المساعدة

بنية الألياف الضوئية غير كاملة ، مثل الفقاعات أو الشوائب أو السماكة غير المتساوية في الألياف الضوئية ، وخاصة واجهة الكسوة الأساسية غير المتساوية. عندما يصل الضوء إلى هذه الأماكن ، سينتشر جزء من الضوء في جميع الاتجاهات ، مما يتسبب في الخسارة. يمكن التغلب على هذه الخسارة من خلال تحسين عملية تصنيع الألياف الضوئية. يتسبب التشتت في انبعاث الضوء في جميع الاتجاهات ، وينعكس جزء من الضوء المتناثر مرة أخرى في الاتجاه المعاكس لانتشار الألياف الضوئية. يمكن استقبال هذا الجزء من الضوء المتناثر في نهاية الحادث للألياف الضوئية. يؤدي تشتت الضوء إلى فقدان جزء من الطاقة الضوئية ، وهو أمر غير مرغوب فيه. ومع ذلك ، يمكن أيضًا استخدام هذه الظاهرة من قبلنا ، لأنه إذا قمنا بتحليل قوة الجزء المستلم من الضوء في نهاية الإرسال ، فيمكننا التحقق من نقاط التوقف والعيوب وفقدان هذه الألياف الضوئية. بهذه الطريقة ، من خلال براعة الإنسان ، يمكن تحويل الأشياء السيئة إلى أشياء جيدة.